DE60113828T2

DE60113828T2 - ELECTRONIC COMPASS

Info

Publication number: DE60113828T2
Application number: DE60113828T
Authority: DE
Inventors: Janusz Kozlowski; Paolo Palangio
Original assignee: SULAS SERGIO; SULAS SERGIO BOLOTANA
Current assignee: SULAS SERGIO; SULAS SERGIO BOLOTANA
Priority date: 2000-05-03
Filing date: 2001-05-03
Publication date: 2006-07-13
Anticipated expiration: 2021-05-04
Also published as: DK1281043T3; DE60113828D1; WO2001084079A1; ITCA20000011A1; EP1281043B1; US20030167122A1; ATE306070T1; US6853918B2; AU2001260275B2; ES2250404T3; EP1281043A1; AU6027501A; ITCA20000011A0; NZ522917A

Abstract

An electronic compass comprises a saturable core sensor (2) with a core (3) made of ferromagnetic material surrounded by an electric winding (3'), a first couple of electric windings (4, 5) around the sensor (2) having reciprocally orthogonal turns, a second couple of electric windings (8, 9) around said first couple (4, 5) having reciprocally orthogonal turns. The gap between the winding (3') and the first couple of windings (4, 5) and between the first couple of windings (4, 5) and the second couple of windings (8, 9) is filled with a material having a low thermal expansion coefficient, preferably epoxy fiberglass reinforced plastic, supporting the windings of said first (4, 5) and second (8, 9) couple of windings. It is also provided an electronic control circuit (20, 21, 22).

Description

Technischer Bereichtechnical Area

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektronischen Kreiselmagnetkompass, welcher hauptsächlich, aber nicht ausschließlich, als ein Ausrüstungsgegenstand für Boote oder jede andere Art von Fahrzeugen ausgeführt ist.The The present invention relates to an electronic gyro magnetic compass, which mainly, but not exclusively, as a piece of equipment for boats or any other type of vehicle is running.

Stand der TechnikState of technology

Analoge elektronische Kompasse sind seit längerer Zeit bekannt und auf dem Markt verfügbar. Sie umfassen mindestens einen sättigungsfähigen Kernsensor (Magnetfeldsensor) mit einem veränderlichen magnetischen Widerstand, wobei die Ausgangssignale dieses Sensors jeden Augenblick mit dem Winkel zwischen dem geographischen Norden und der Längsachse des Fahrzeuges (Kurswinkel) in Beziehung gesetzt werden; üblicherweise sind die Ausgangssignale des Sensors proportional dem Sinus bzw. dem Kosinus des ermittelten Kurswinkels. Ein elektronischer Kompass dieser Art wird in der Europäischen Patentanmeldung EP-A-87890 offenbart.analog Electronic compasses have been known for some time and up available to the market. she comprise at least one saturable core sensor (Magnetic field sensor) with a variable magnetic resistance, the output signals of this sensor every moment with the angle between the geographical north and the longitudinal axis of the vehicle (heading angle); usually are the output signals of the sensor proportional to the sine or the cosine of the determined course angle. An electronic compass This species is in the European Patent Application EP-A-87890.

Gewöhnlich weisen die genannten Kompasse aus den bekannten oder aus vorhersehbaren Gründen Fehler auf, beispielsweise die magnetische Deklination, welche auf mehrere elementare Umstände zurückzuführen sind. Zunächst ist das Magnetfeld der Erde nicht homogen, sondern es weist maximale Intensität in den Äquatorialbereichen und minimale Intensität in den Polargebieten auf, die zudem noch örtliche Störungen aufweisen. Außerdem fällt der magnetische Norden nicht mit dem geografischen Norden zusammen. Die genannten Fehler können dadurch vermieden werden, dass man einen jeden Kompasses auf eine geeignete Weise kalibriert.Usually wise the said compasses for the known or for foreseeable reasons error on, for example, the magnetic declination, which on several elementary circumstances are attributed. First the earth's magnetic field is not homogeneous, but it has maximum intensity in the equatorial areas and minimum intensity in the polar regions, which also have local disturbances. In addition, the falls magnetic north does not coincide with the geographical north. The mentioned errors can This avoids having to put each compass on one calibrated appropriately.

Besonders während langer Reisen erfordert der genannte Mangel des Magnetfeldes der Erde an Homogenität die häufige Wiederholung des Kalibrierungsvorganges, welcher gewöhnlich langwierig und kostenaufwendig ist.Especially while Long journeys require the said magnetic field deficiency Earth of homogeneity the frequent Repetition of the calibration process, which usually takes a long time and costly.

Eine weitere Fehlerquelle kann das tragende Mittel sein, welches den Kompass mit dem Boot verbindet und welches den genannten Kompass, und insbesondere seinen Sensor, in einer horizontalen Position oder in irgend einer vorher eingestellten konstant beibehaltenen Position hält, wodurch die Krängungsbewegungen des Bootes, oder das Schlingern des Fahrzeuges, ausgeglichen werden, welche auf die Wellenbewegung und/oder auf die Bootsmanöver, zum Beispiel einem Fieren, zurückzuführen sind. Falls der Krängungswinkel größer als der maximale Winkel ist, der durch das tragende Mittel ausgeglichen werden kann, folgt der Kompass, und insbesondere sein Sensor, der Krängung des Bootes und verlässt somit die weiter oben genannte vorher eingestellte Position.A Another source of error may be the carrying means which the Compass connects to the boat and which the compass, and in particular its sensor, in a horizontal position or in any previously set constant maintained position stops, causing the heeling movements of the boat, or the rolling of the vehicle, be balanced, which on the wave movement and / or boat maneuvers, to Example of a fieren, are due. If the heel angle greater than the maximum angle is balanced by the carrying means can be followed by the compass, and in particular its sensor, the heeling of the boat and leaves Thus, the above-mentioned previously set position.

Als eine Folge davon ist die Intensität des Magnetfeldes der Erde, welche durch den Sensor festgestellt wird, schwächer oder jedenfalls anders als die tatsächliche Intensität, und der Kompass "markiert" einen Kurswinkel, welcher sich vom tatsächlichen unterscheidet. Diese Art von Fehler kann beim Navigieren auf hoher See besonders erheblich sein, wenn das Navigieren durch die mit dem Kompass gekoppelte automatische Kurssteueranlage gesteuert wird, welche den Kompassfehler als einen Kursfehler betrachten kann, diesen folglich korrigiert und das Boot vom Kurs abbringt. Um diese Art von Fehlern zu vermeiden, hängen Kompasse üblicherweise an einer Halterung wie beispielsweise einer universellen Gelenkverbindung.When a consequence of this is the intensity of the magnetic field of the earth, which is detected by the sensor, weaker or at least different the actual Intensity, and the compass "marks" a heading angle, which is different from the actual one different. This type of error can be when navigating at high Be particularly significant when navigating through the lake the compass coupled automatic course control system is controlled, which can regard the compass error as a heading error, this corrected accordingly and the boat off the course. To this kind to avoid mistakes Compasses usually on a holder such as a universal joint.

Das Dokument US-A-3.895.869 offenbart einen mit Kompensationswicklungen versehenen Kursgeber, welcher einen von einer Erregerwicklung umgebenen Kern und zwei Paare von Erfassungswicklungen für die Richtung umfasst. Der Kern ist in ein würfelförmiges Gehäuse eingekapselt, welches von zwei orthogonalen Kompensationswicklungen umgeben ist.The Document US-A-3,895,869 discloses one with compensating windings provided course guide, which one surrounded by a field winding Core and two pairs of detection windings for the direction includes. Of the Core is encapsulated in a cube-shaped housing, which is surrounded by two orthogonal compensation windings.

Das Dokument US-A-5.339.246 offenbart eine Apparatur für den Zweck, einen missweisenden Kurs, wie dieser durch einen Magnetkompass eines Fahrzeuges angezeigt wird, zu kompensieren, so dass der missweisende Kurs dem tatsächlichen Kurs entspricht, welcher durch die Signale angezeigt wird, die im Fahrzeug vom Globalen Positionierungssystem empfangen werden. Diese Apparatur enthält einen Computer zur Berechnung der Kompensationsfaktoren aus den fortlaufenden Positionen, welche das Fahrzeug während seiner Fahrt einnimmt.The Document US-A-5,339,246 discloses an apparatus for the purpose of a daunting course like this one through a magnetic compass of a vehicle is displayed to compensate, so that the malicious course the actual Corresponds to the course indicated by the signals in the Vehicle are received by the Global Positioning System. These Contains apparatus a computer for calculating the compensation factors from the continuous positions occupied by the vehicle during its journey.

Das Dokument US-A-4.157.619 offenbart einen Neigungswinkelmesser, welcher auf die Neigung und den Magnetfluss der Erde reagiert, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, welches die Richtungsorientierung der Vorrichtung in Bezug auf das umgebende Feld darstellt. Er weist einen inneren Aufbau auf, welcher einen Ringkern umfasst, der von Eingangsspulen und von Ausgangsspulen umgeben ist. Dieser innere Aufbau ist von Neigungsspulen umgeben.The Document US-A-4,157,619 discloses a tilt angle meter which responded to the slope and the magnetic flux of the earth to produce an output signal to generate the directional orientation of the device in Represents relation to the surrounding field. He has an internal structure on, which comprises a ring core, of input coils and surrounded by output coils. This inner construction is of pitch coils surround.

Das Dokument GB-A-2.044.460 offenbart einen Luftspaltmagnetometersensor, um am gleichen Punkt des Raumes die drei zueinander orthogonal verlaufenden Komponenten eines Magnetfeldes gleichzeitig zu messen. Er enthält einen Ringkern aus einem magnetisierbaren Material mit einer Treiberwicklung, welche ringförmig um den Kern herum gewickelt ist. Eine erste Sekundärwicklung ist umfänglich um den Kern herum gewickelt. Eine zweite Sekundärwicklung ist ringförmig über einen Abschnitt des Kerns gewickelt, und eine dritte Sekundärwicklung ist ringförmig über einen anderen Abschnitt des Kerns, vorzugsweise unter 90° zur zweiten Sekundärwicklung, gewickelt. Der Kern ist in einem nichtmagnetischen Würfel angeordnet, welcher Wicklungen trägt, die auf das Äußere des Würfels gewickelt sind.Document GB-A-2.044.460 discloses an air gap magnetometer sensor for simultaneously measuring the three mutually orthogonal components of a magnetic field at the same point in the space. It contains a toroidal core made of a magnetizable material with a driver winding, which is wound in a ring around the core. A first secondary winding is wrapped circumferentially around the core. A second Secondary winding is wrapped in a ring over a portion of the core, and a third secondary winding is annular over another portion of the core, preferably at 90 ° to the second secondary winding, wound. The core is arranged in a non-magnetic cube which carries windings wound on the exterior of the cube.

Um zu ermöglichen, dass der Kompass immer mit der gleichen Fehlerfreiheit arbeitet, muss er eine hohe Winkelempfindlichkeit und eine gute Arbeitsdynamik aufweisen, wobei die Winkelempfindlichkeit den kleinsten Winkel bedeutet, welchen der Kompass feststellen kann, und Arbeitsdynamik die ihm innewohnende grundlegende Fähigkeit bedeutet, die gleiche Empfindlichkeit bei sich verändernden Bedingungen des Magnetfeldes beizubehalten.Around to enable that the compass always works with the same accuracy, he must have a high angular sensitivity and a good working dynamics wherein the angular sensitivity is the smallest angle means the compass can determine and working dynamics the inherent basic ability means the same Sensitivity to changing conditions to maintain the magnetic field.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in einem elektronischen Magnetkreiselkompass, welcher frei von den weiter vorn genannten Fehlern und Grenzen bekannter Kompasse ist und eine hohe Winkelempfindlichkeit und eine gute Arbeitsdynamik aufweist.The Object of the present invention is an electronic Magnetic gyroscope, which is free from the errors mentioned above and limitations of known compasses and high angular sensitivity and has a good working dynamic.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen elektronischen Kompass vorzustellen, welcher auch unter extremen Umweltbedingungen arbeiten kann. Noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Kompass vorzustellen, welcher unter außergewöhnlichen dynamischen Bedingungen eingesetzt werden kann.A Another object of the present invention is to provide a electronic compass, which also under extreme Environmental conditions can work. Yet another goal of the present Invention is to introduce a compass, which under extraordinary dynamic conditions can be used.

Die genannten Aufgaben werden durch einen elektronischen Kompass gemäß Anspruch 1 erreicht.The These tasks are covered by an electronic compass 1 reached.

Dank der Verwendung von derartigen elektrischen Ausgleichswicklungen ist es möglich, eine sehr hohe Linearität in der dynamischen Reaktion des Sensors zu erreichen.thanks the use of such electrical Ausgleichswicklungen Is it possible, a very high linearity in the dynamic response of the sensor.

Gemäß einem weiteren vorteilhaften Merkmal der Erfindung ist der Kompass mit dem Fahrzeug mit Hilfe von Kardanringen verbunden, welche ermöglichen, dass der Kompass Neigungswinkel in Bezug auf das Fahrzeug bis ±75° einnehmen kann. Da die Kardanringe nicht gedämpft sind, erzeugen die Sensorschwingungen, welche durch die Bewegungen des Fahrzeuges hervorgerufen werden, eine unerwünschte Modulation der Ausgangssignale X und Y. Die genannte Modulation wird vermieden mittels einer besonderen Anordnung der Achsen des Sensors in Bezug auf die Schwingungsachsen der Kardanringe, nämlich eine nichtlineare Zwischenmodulation der X- und Y-Signale. Dies ermöglicht, den Kurswinkel genau zu bestimmen, ohne dass bei der mobilen Ausrüstung ein kompliziertes System von Flüssigkeitsdämpfung verwendet werden muss. Über die Vereinfachung des Aufbaus der Kardanringe hinaus ermöglicht diese Lösung auf vorteilhafte Weise ein schnelleres Reagieren des Kompasses auf schnelle Kursänderungen des Fahrzeuges. In der Tat folgt der Kompass den Kursänderungen des Fahrzeuges mit einer maximalen Verzögerung von 1 Sekunde.According to one Another advantageous feature of the invention is the compass with connected to the vehicle by means of cardan rings, which allow that the compass occupy inclination angles with respect to the vehicle up to ± 75 ° can. Since the gimbals are not damped, the sensor vibrations, which are caused by the movements of the vehicle, an undesirable Modulation of the output signals X and Y. Said modulation is avoided by means of a special arrangement of the axes of Sensors with respect to the vibration axes of the gimbals, namely a nonlinear intermodulation of the X and Y signals. This makes possible, to accurately determine the heading angle without the mobile equipment complicated system of fluid damping used must become. about simplifying the construction of the gimbals also allows this solution advantageously a faster response of the compass fast course changes of the vehicle. In fact, the compass follows the course changes of the vehicle with a maximum delay of 1 second.

Verzeichnis der ZeichnungenList of drawings

Die vorliegende Erfindung soll nun unter Bezug auf eine den allgemeinen Erfindungsgedanken nicht einschränkende Ausführungsform, welche in den angefügten Zeichnungen dargestellt ist, ausführlicher beschrieben werden. Bei den Zeichnungen handelt es sich um:The The present invention will now be described with reference to a general Invention not limiting embodiment, which in the attached Drawings will be described in more detail. The drawings are:

1 ist eine Übersichtsdarstellung mit teilweiser Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Kompasses; 1 is an overview view with partial sectional view of a compass according to the invention;

2 zeigt schematisch das Blockdiagramm des elektronischen Steuersystems des Kompasses von 1; 2 schematically shows the block diagram of the electronic control system of the compass of 1 ;

3 zeigt schematisch das Blockdiagramm mit Bezug auf eine Einzelheit des elektronischen Steuersystems des Kompasses von 1; 3 schematically shows the block diagram with reference to a detail of the electronic control system of the compass of 1 ;

4 zeigt das Blockdiagramm, welches die Software der Steuerung für den Kompass von 1 betrifft. 4 shows the block diagram showing the software of the control for the compass of 1 concerns.

In den angefügten Abbildungen sind einander entsprechende Bestandteile mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet.In the attached Illustrations are mutually corresponding components with the same Reference numbers designated.

Detaillierte Beschreibung der Erfindungdetailed Description of the invention

1 zeigt einen erfindungsgemäßen Kompass 1, welcher umfasst:
einen sättigungsfähigen Kernsensor 2 mit einem Ringkern 3 aus Aluminium, auf welchem sich eine erste Erregerwicklung 3' befindet, wodurch eine Spule aus amorphem ferromagnetischem Material gebildet wird. Ein Paar von zueinander orthogonalen elektrischen Wicklungen (4, 5) umgibt die genannte Spule. Diese Wicklungen (4, 5) umgeben das aus einem nichtmagnetischen Material gefertigte Tragelement 6, in welches der Ringkern 3 eingetaucht ist, und können zwei Signale abgeben, die den Horizontalkomponenten des Magnetfelds der Erde proportional sind. 1 shows a compass according to the invention 1 which comprises:
a saturable core sensor 2 with a toroidal core 3 made of aluminum, on which there is a first exciter winding 3 ' which forms a coil of amorphous ferromagnetic material. A pair of mutually orthogonal electrical windings ( 4 . 5 ) surrounds said coil. These windings ( 4 . 5 ) surround the support member made of a non-magnetic material 6 , in which the toroidal core 3 is immersed, and can give two signals proportional to the horizontal components of the magnetic field of the earth.

Das Tragelement 6 besteht vorteilhafterweise aus einem glasfaserverstärkten Epoxidharz, welches dank seines niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten, der bei etwa 7 ppm/°C liegt, eine hohe mechanische Leistungsfähigkeit aufweist.The support element 6 is advantageously made of a glass fiber reinforced epoxy resin, which, thanks to its low coefficient of thermal expansion, which is about 7 ppm / ° C, a high mechanical performance.

Es ist ein zweites Tragelement 7 vorhanden, welches aus nichtmagnetischem Material besteht und das erste Tragelement vollständig umgibt. Auf diesem befindet sich ein zweites Paar von elektrischen Wicklungen (8, 9) mit zueinander orthogonalen Windungen.It is a second support element 7 present, which consists of non-magnetic material and completely surrounds the first support element. On this there is a second pair of electrical windings ( 8th . 9 ) with mutually orthogonal turns.

Der Sensor befindet sich in einem starren Rahmen 10, welcher ihn trägt und ihn mit den Aufhängemitteln, vorteilhafterweise Kardanringen 11, verbindet, die ihrerseits dauerhaft am Boots- oder Fahrzeugrahmen befestigt sind. Die Kardanringe ermöglichen, dass der Sensor 2 eine bis zu ±75° geneigte Lage in Bezug auf das Fahrzeug einnehmen kann. Sie enthalten vier Kugellager (12, 13), welche aus einer nichtmagnetischen Legierung wie beispielsweise Kupfer-Beryllium hergestellt sind (zwei von ihnen sind in 1 sichtbar), zwei mittige Tragachsen (14, 15), welche aus einem nichtmagnetischen Material wie vorzugsweise einer Kupfer-Zinn-Legierung hergestellt sind, und zwei Tragelemente 16, 17, welche aus einem nichtmagnetischen Material wie beispielsweise Aluminium hergestellt sind, in welche die weiter oben genannten Lager (12, 13) eingesetzt sind.The sensor is in a rigid frame 10 who wears it, and him with the hangers, advantageously gimbals 11 , which in turn are permanently attached to the boat or vehicle frame. The gimbals allow the sensor 2 can take up to ± 75 ° inclined position relative to the vehicle. They contain four ball bearings ( 12 . 13 ) made of a non-magnetic alloy such as copper beryllium (two of them are in 1 visible), two central axes ( 14 . 15 ), which are made of a non-magnetic material such as preferably a copper-tin alloy, and two support members 16 . 17 which are made of a non-magnetic material, such as aluminum, into which the above-mentioned bearings ( 12 . 13 ) are used.

Um zu ermöglichen, dass der Sensor 2 die Krängungsbewegungen des Bootes ausbalanciert, sind die zuvor genannten zwei Achsen auf sich überlappenden Ebenen angeordnet, damit sie ein Verbundpendel bilden, welches zwei unterschiedliche Schwingungsfrequenzen aufweist. Auf diese Weise ist der Neigungswinkel des Bootes oder Fahrzeugs, der ausgeglichen wird, größer als derjenige, den die bekannten Aufhängemittel ermöglichen.To allow the sensor 2 As the boat's heel movements are balanced, the aforementioned two axes are arranged on overlapping planes to form a composite pendulum having two different vibration frequencies. In this way, the angle of inclination of the boat or vehicle being balanced is greater than that allowed by the known suspension means.

Die Achse des Sensors 2 sind in Bezug auf die schwingenden Aufhängeachsen um 45° gedreht, so dass sie eine Modulation bei der Bestimmung des Kurswinkels mittels einer nichtlinearen Zwischenmodulation vermeiden.The axis of the sensor 2 are rotated 45 ° with respect to the swinging suspension axles so as to avoid modulation in determining the heading angle by means of non-linear intermediate modulation.

Der Sensor kann auch ohne Kardanringe verwendet werden. In diesem Fall können die Schwingungen des Bootes oder des Fahrzeuges durch einen zweiachsigen Neigungswinkelmesser ausgeglichen werden.Of the Sensor can also be used without gimbals. In this case can the vibrations of the boat or the vehicle by a biaxial Tilt angle can be compensated.

Der Sensor arbeitet wie folgt. Ein Impulsstrom fließt durch die Erregerwicklung 3', wobei der genannte Strom periodisch den Kern sättigt; vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise, weist der genannte Impulsstrom eine Frequenz von 9,6 kHz auf, und seine Impulse haben eine Dauer von 5 Mikrosekunden und eine Intensität von 100 A/m. Durch jede Wicklung (8, 9) fließt ein Signal, welches in Bezug auf das Signal, das durch die entsprechende Wicklung des ersten Paares (4, 5) abgegeben wird, eine diesem proportionale Amplitude und eine entgegengesetzte Richtung aufweist und folglich die Wirkung der Amplitude und/oder den örtlichen Mangel an Homogenität des Magnetfeldes der Erde auf den Ringkern 3 dynamisch kompensiert. Dadurch dass die Wicklungen auf die zuvor genannte Art und Weise erregt werden, gibt der Sensor zwei Signale (X, Y) ab, die zum ermittelten Kurswinkel in Beziehung stehen.The sensor works as follows. A pulse current flows through the exciter winding 3 ' wherein said stream periodically saturates the core; preferably, but not necessarily, said pulse current has a frequency of 9.6 kHz, and its pulses have a duration of 5 microseconds and an intensity of 100 A / m. Through each winding ( 8th . 9 ) is a signal which, with respect to the signal, which flows through the corresponding winding of the first pair ( 4 . 5 ) and having an amplitude proportional thereto and an opposite direction and, consequently, the effect of the amplitude and / or the local lack of homogeneity of the magnetic field of the earth on the toroidal core 3 dynamically compensated. By energizing the windings in the aforementioned manner, the sensor outputs two signals (X, Y) related to the determined heading angle.

Wir wollen anschließend die elektronische Steuerschaltung des Kompasses unter besonderer Bezugnahme auf die 2, 3 und 4 beschreiben.We then want the electronic control circuit of the compass with particular reference to the 2 . 3 and 4 describe.

Derjenige Teil der Schaltung, welcher für die Steuerung der Signale notwendig ist, umfasst drei elektronische Schaltungen, welche in 2 durch Block 20 und in größerer Ausführlichkeit in 3 dargestellt sind. Der Sensor 2 ist an das Signalsteuersystem 20 angeschlossen, welches die Signale X, Y abgibt, die ihrerseits in einen Analog/Digital-Wandler 21 eingespeist werden, welcher einen Doppelkanal aufweist. Der genannte Wandler ist mit der logischen Einheit 22 verbunden, welche einen Speicher enthält, der mit der logischen Einheit 22 Daten austauscht. Als Reaktion auf die vom Wandler 21 abgegebenen Signale spricht die Logikeinheit 22 eine Speicherzelle an, welche Korrekturparameter enthält, die anschließend verwendet werden, um den tatsächlichen Kurswinkel zu ermitteln.The part of the circuit which is necessary for the control of the signals comprises three electronic circuits, which in 2 through block 20 and in greater detail in 3 are shown. The sensor 2 is to the signal control system 20 connected, which outputs the signals X, Y, which in turn in an analog / digital converter 21 be fed, which has a double channel. The named converter is with the logical unit 22 connected, which contains a memory associated with the logical unit 22 Exchanges data. In response to the converter 21 emitted signals speaks the logic unit 22 a memory cell containing correction parameters that are subsequently used to determine the actual heading angle.

Üblicherweise, aber nicht notwendigerweise, stellt der Sensor 2 den Kurswinkel in Parameterform bereit, d. h. die Signale X und Y sind proportional dem Sinus bzw. dem Kosinus des Kurswinkels, so dass es möglich ist, den weiter vorn genannten Winkel auf eine bereits bekannte Art und Weise mittels einer bereits bekannten Schaltung zu erhalten, welche den Kurswinkel in analoger Form bereit stellt.Usually, but not necessarily, the sensor provides 2 the course angle in parameter form, that is, the signals X and Y are proportional to the sine and the cosine of the heading angle, respectively, so that it is possible to obtain the aforesaid angle in an already known manner by means of an already known circuit which provides the course angle in an analogous form.

Ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen, ist es auch möglich, den Speicher wegzulassen; in diesem Fall bestimmt die Logikeinheit 22 den tatsächlichen Kurswinkel als Reaktion auf die vom Wandler 21 abgegebenen Signale.Without departing from the scope of the invention, it is also possible to omit the memory; in this case, the logic unit determines 22 the actual heading in response to the transducer 21 emitted signals.

Der tatsächliche Kurswinkel wird von der logischen Einheit 22 zu bereits bekannten Anzeigemitteln und/oder zu einer automatischen Kurssteueranlage geschickt.The actual heading is from the logical unit 22 sent to already known display means and / or to an automatic course control system.

3 zeigt in größerer Ausführlichkeit die Schaltung, welche das Signalsteuersystem 20 bildet. 3 shows in greater detail the circuit which the signal control system 20 forms.

Die Erregerwicklung 3', welche den Ringkern umgibt, ist an einen parametrischen Oszillator 23 angeschlossen, welcher seinerseits mit einem Oszillator 24 und einem vektoriellen Kreuzkorrelator 25 verbunden ist.The excitation winding 3 ' , which surrounds the toroid, is connected to a parametric oscillator 23 connected, which in turn with an oscillator 24 and a vectorial cross-correlator 25 connected is.

Die Wicklung 5 des ersten Paares von Wicklungen setzt sich aus einer Erfassungswicklung und einer Rückkopplungswicklung zusammen. Die Erfassungswicklung ist mit einem synthetischen induktiven Bauelement 26 und einem Vorverstärker 27 verbunden, welcher das Signal X in den Kreuzkorrelator 25 einspeist.The winding 5 of the first pair of windings is composed of a detection winding and a feedback winding. The detection winding is equipped with a synthetic inductive component 26 and a preamp 27 connected, which the signal X in the cross-correlator 25 feeds.

Die andere Wicklung 4 setzt sich aus einer Erfassungswicklung und einer Rückkopplungswicklung zusammen. Die Erfassungswicklung ist mit einem synthetischen induktiven Bauelement 28 und einem Vorverstärker 29 verbunden, welcher das Signal Y zum Kreuzkorrelator 25 überträgt.The other winding 4 consists of a detection winding and a feedback winding. The detection winding is equipped with a synthetic inductive component 28 and a preamp 29 connected, which the signal Y to the cross-correlator 25 transfers.

Auf diese Weise wird das Signal/Rausch-Verhältnis der von den Wicklungen (4, 5) abgegebenen Signale optimiert.In this way, the signal-to-noise ratio of the windings ( 4 . 5 ) optimized signals.

Die vom Kreuzkorrelator 25 erzeugten Rückkopplungssignale X und Y werden zu den jeweiligen Integratoren (31, 33) und zu den Transkonduktanzverstärkern (30, 32) übertragen, wo sie weiter zu den jeweiligen Rückkopplungswicklungen geleitet werden. Durch diese Wicklungen fließt ein Strom, welcher in dem vom Ringkern eingenommenen Volumen ein Magnetfeld erzeugt, welches die gleiche Intensität, aber die entgegengesetzte Richtung des gemessenen aufweist, so dass er den Kern ständig in einem Nullfeld hält mit Ausnahme der Änderungen des externen Feldes, die auf Kursänderungen des Fahrzeuges und auf Veränderungen des örtlichen Feldes zurückzuführen sind. Dies zielt darauf ab, die größte Arbeitslinearität des Kompasses zu erreichen. Die Transkonduktanzverstärker (30, 32) übertragen die Signale X, Y auch zu den zugehörigen Bessel-Filtern zweiter Ordnung (34, 35), welche Signale X, Y abgeben, die in den zweikanaligen Analog/Digital-Wandler 21 eingespeist werden.The of the cross-correlator 25 generated feedback signals X and Y are to the respective integrators ( 31 . 33 ) and to the transconductance amplifiers ( 30 . 32 ), where they are routed further to the respective feedback windings. Through these windings flows a current which generates in the volume occupied by the toroidal core a magnetic field which has the same intensity but the opposite direction of the measured so as to keep the core constantly in a zero field except for the changes of the external field due to changes in the course of the vehicle and changes in the local area. This aims to achieve the largest working linearity of the compass. The transconductance amplifiers ( 30 . 32 ) transmit the signals X, Y also to the associated Bessel filters of second order ( 34 . 35 ) which output signals X, Y into the two-channel analog-to-digital converter 21 be fed.

Vorteilhafterweise kann der Kompass auch eine Satelliten-Selbstortungseinheit wie beispielsweise eine vom GPS-Typ umfassen, von welcher er weitere Daten erhält, die zusammen mit den vom Speicher erhaltenen Korrekturparametern verwendet werden, um den tatsächlichen Kurswinkel festzulegen. Ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen, ist es auch möglich, die Satelliten-Selbstortungseinheit wegzulassen.advantageously, The compass may also include a satellite self-locating unit such as include one of the GPS type, from which it receives more data, the be used together with the correction parameters obtained from the memory, around the actual Set course angle. Without departing from the scope of the invention, it is also possible to omit the satellite self-locating unit.

Hilfsausrüstungen wie beispielsweise die Satelliten-Selbstortungseinheit, die Anzeigemittel, die automatische Kurssteueranlage usw., welche allgemein auf Booten oder in einigen Arten von Fahrzeugen verwendet werden, "kommunizieren" mittels eines Protokolls, welches unter der Bezeichnung "NMEA" bekannt ist. Um den Kompass so zu gestalten, dass er mit den genannten Ausrüstungen kompatibel ist, werden die Signale vom Wandler 21 mittels eines (nicht dargestellten) Transkoders in Signale umgewandelt, welche mit dem "NMEA"-Protokoll übereinstimmen.Auxiliary equipment such as the satellite self-locating unit, display means, automatic heading control system, etc. commonly used on boats or in some types of vehicles "communicate" by means of a protocol known as "NMEA". To make the compass compatible with the mentioned equipment, the signals from the converter 21 by means of a transcoder (not shown) converted into signals that comply with the "NMEA" protocol.

Das gesamte elektronische System des Kompasses wird durch eine Software gesteuert, deren Blockschaltbild in 4 dargestellt ist und nachfolgend anschaulich beschrieben wird.The entire electronic system of the compass is controlled by a software whose block diagram in 4 is shown and described below vividly.

Block 40 stellt den Initialisierungsschritt der logischen Einheit 22 dar, und Block 41 stellt den Initialisierungsschritt des Analog/Digital-Wandlers 21 dar. Danach wird der Zeitgeber (Block 42) gestartet, und die Zeit wird auf Null (Block 43) gestellt. Im folgenden Arbeitsschritt, welcher durch den Block 44 dargestellt ist, werden die Signale X, Y vom Sensor gelesen. Falls der Y-Wert gleich Null ist (Block 45), wird er auf 0,000001 (Block 47) gesetzt, während in dem Fall, wo die X- und Y-Werte den Wert 2500 überschreiten (Block 46), diese durch einen Wiener-Filter (Block 48) verarbeitet werden. Block 49 berechnet die Richtung auf der Grundlage der empfangenen X- und Y-Werte, und anschließend führt der Block 50 die Umwandlung von Bogenmaß in Gradmaß durch. Diese Endwerte für die Richtung werden formatiert, um sie an das NMEA-Protokoll (Block 51) anzupassen, und schließlich werden sie noch formatiert, um sie der verwendeten Anzeige (Block 52) anzupassen.block 40 represents the initialization step of the logical unit 22 and block 41 represents the initialization step of the analog / digital converter 21 Then the timer (block 42 ), and the time is set to zero (block 43 ) posed. In the following work step, which by the block 44 is shown, the signals X, Y are read by the sensor. If the Y value is zero (block 45 ), it is set to 0.000001 (block 47 ), while in the case where the X and Y values exceed 2500 (block 46 ), this through a Wiener filter (block 48 ) are processed. block 49 calculates the direction based on the received X and Y values, and then the block performs 50 the conversion from radians to degrees. These end values for the direction are formatted to be sent to the NMEA protocol (block 51 ), and finally they are still formatted to display them (block 52 ).

Falls die Satelliten-Selbstortungseinheit vorhanden ist, erhält die Logikeinheit 22 weitere Daten von der genannten Einheit.If the satellite self-locating unit is present, the logic unit receives 22 further data from the mentioned unit.

Folglich bestimmt die Logikeinheit 22 den tatsächlichen Kurswinkel und schickt ihn zum Anzeigemittel und/oder zur automatischen Kurssteueranlage, falls diese zur Verfügung stehen, bevor sie zurück zum Arbeitsschritt 42 geführt werden, damit die vom Sensor 2 abgegebenen Signale nochmals aufgenommen werden und selbiger Zyklus wiederholt wird.Consequently, the logic unit determines 22 the actual heading angle and send it to the display means and / or to the automatic course pilot, if available, before going back to the work step 42 be guided so that the sensor 2 emitted signals are recorded again and the same cycle is repeated.

Falls der Speicher weggelassen wird, entfallen auch die entsprechenden Arbeitsschritte der Abfrage und der Erfassung, und falls die Satelliten-Selbstortungseinheit weggelassen wird, entfällt auch der entsprechende Arbeitsschritt der Erfassung. Falls sowohl der Speicher als auch die Satelliten-Selbstortungseinheit weggelassen werden, entfällt auch der entsprechende Prozessschritt.If the memory is omitted, also eliminates the corresponding Steps of inquiry and detection, and if the satellite self-locating unit is omitted, deleted also the corresponding step of the acquisition. If both the memory as well as the satellite self-locating unit have been omitted be omitted also the corresponding process step.

Wie bereits weiter vorn ausgesagt wurde, weist der erfindungsgemäße Kompass alle Vorteile auf, die von ihm verlangt werden, und während der experimentellen Prüfungen waren seine Leistungsdaten besser als jene von bekannten Kompassen, selbst wenn er unter sehr widrigen Umweltbedingungen eingesetzt wurde. Die durchgeführten Prüfungen haben die folgenden Ergebnisse geliefert.
Genauigkeit der Messung: ± 6'' Bogensekunden,
Auflösung: ± 1'',
Bereich der Arbeitstemperatur: ± 50 °C,
Bereich des Arbeitswinkels: ± 75 °,
Linearität: 0,3 %,
Durchlassbereich: 1 Hz,
Integrationszeit für die Messung: 2 Sekunden
Maximal verträgliche Beschleunigung: 3 g,
Stromaufnahme: 120 mA bei 12 V (Gleichstrom),
Sensorgewicht: etwa 0,7 kg.As stated earlier, the compass of the present invention has all the advantages required of it, and during the experimental tests its performance data were better than those of known compasses, even when used in very adverse environmental conditions. The tests carried out have given the following results.
Accuracy of measurement: ± 6 '' arc seconds,
Resolution: ± 1 '',
Range of working temperature: ± 50 ° C,
Range of working angle: ± 75 °,
Linearity: 0.3%,
Passband: 1 Hz,
Integration time for the measurement: 2 seconds
Maximum compatible acceleration: 3 g,
Current consumption: 120 mA at 12 V (DC),
Sensor weight: about 0.7 kg.

Der auf diese Weise erhaltene Kompass hatte die folgenden Merkmale: große Leichtigkeit, Kompaktheit, Genauigkeit, Preisgünstigkeit.Of the Compass obtained in this way had the following characteristics: size Lightness, compactness, accuracy, affordability.

In einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Kompass auch zwei oder mehrere Sensoren umfassen.In a further, not shown embodiment according to the present invention Invention, the compass may also include two or more sensors.

Claims

Electronic compass comprising: electronic control means ( 20 . 21 . 22 ), at least one saturable core sensor ( 2 ), which has a core ( 3 ), which has an electrical field winding ( 3 ' ) and is surrounded by it, whereby a coil of amorphous ferromagnetic material is formed, wherein the core sensor ( 2 ) has a first gap, which between the electrical field winding ( 3 ' ) and a first pair of windings ( 4 . 5 ) and wherein said first pair of windings ( 4 . 5 ), which is a first rigid means ( 6 ) and is supported by it, has mutually orthogonal windings and wherein the core ( 3 ) consists of an aluminum ring, the first gap with said first rigid means ( 6 ) and the core sensor ( 2 ) has a second gap which is connected to a second rigid means ( 7 ) and between said first pair of windings ( 4 . 5 ) and a second pair of windings ( 8th . 9 ), wherein the second pair of windings ( 8th . 9 ) the said second rigid means ( 7 ) and is supported by it and mutually orthogonal turns of mutually orthogonal windings ( 8th . 9 ) having.

An electronic compass according to claim 1, wherein said filling rigid means ( 6 . 7 ) are made of a material having a low coefficient of thermal expansion, preferably a glass fiber reinforced epoxy plastic.

An electronic compass according to claims 1 or 2, comprising two sensors ( 2 ).

An electronic compass according to claim 1, wherein said electronic control means ( 20 . 21 . 22 ) Comprise means for determining the real heading angle of the vehicle, thereby compensating for the errors caused by the magnetic declination.

An electronic compass according to claim 4, wherein said electronic control means ( 20 . 21 . 22 ) Comprise means which are suitable for displaying the data collected by the compass.

An electronic compass according to claim 5, wherein said electronic control means ( 20 . 21 . 22 ) at least one analog-to-digital converter ( 21 ) and a logic unit ( 22 ).

An electronic compass according to claim 6, wherein said electronic control means ( 20 . 21 . 22 ) also a memory-equipped transmission connection to the logic unit ( 22 ) and to a satellite self-locating unit and the logic unit ( 22 ) also receives data from said memory and from said satellite self-location unit.

An electronic compass according to claim 7, wherein the logic unit ( 22 ) is designed so that at least the subsequent steps are carried out; a) picking up the signals from the above-mentioned at least one sensor ( 2 b) setting a heading angle and c) resuming the signals received from said at least one sensor ( 2 ), whereby the above-mentioned cycle is repeated.

An electronic compass according to claim 8, wherein by determining the heading angle the logic unit ( 22 ) is arranged to perform at least the following further steps: a) addressing the memory above said heading angle and decreasing the correction parameters stored in the memory cell addressed via the heading angle from the memory; b) determination of the actual price angle; c) resuming the signals received from said at least one sensor ( 2 ), whereby the above-mentioned cycle is repeated.

An electronic compass according to claim 1, wherein through each winding of the second pair of windings ( 8th . 9 ) is running, with respect to that of the corresponding winding of the first pair of windings ( 4 . 5 ) has a proportional amplitude and an opposite direction.

An electronic compass according to claim 1, wherein said winding ( 3 ' ) flows a pulsating current, which periodically the Core with a pulse repetition rate of 9.6 kHz, a duration of 5 microseconds and a current of 100 A / m saturates.

An electronic compass according to claim 1, wherein the core sensor ( 2 ) is connected to a vehicle by suspension means comprising a pair of oscillating suspension axles ( 14 . 15 ) arranged on overlapping planes so as to form a composite pendulum having two different vibration frequencies.

An electronic compass according to claim 12, wherein the axis of the core sensor ( 2 ) with respect to said oscillating suspension axes ( 14 . 15 ) is rotated 45 °.

An electronic compass according to claim 12, wherein the hangers are designed so that tilt angles are compensated up to ± 75 °.

An electronic compass according to claim 12, wherein said suspension means comprise: the pair of suspension axes ( 14 . 15 ), which are made of a non-magnetic material, four ball bearings ( 12 . 13 ), which are made of a non-magnetic alloy, a centrally arranged support element ( 11 ) for the axle and two support elements ( 16 . 17 ), which are made of a non-magnetic material and said ball bearings ( 12 . 13 ) wear.

An electronic compass according to claim 15, wherein the suspension axes ( 14 . 15 ) made of a copper-tin alloy and the ball bearings ( 12 . 13 ) are made of a copper-beryllium alloy.